基于人体工学的一次性医用防护服结构研究

贾纪玉，曹佳想，尹 伊

（山东工艺美术学院 服装学院，山东 济南 250300）

1 引言

在基于穿着者需求的医用防护服设计中，表明了在新冠肺炎疫情期间医用防护服的穿着现状，穿着舒适性较差：主要体现在防护服面料的透气透湿性能较差，医护人员在夏天长时间穿着防护服十分湿热；便利性差：防护服过于肥大，容易被刮蹭，穿脱不便；如厕困难；身份识别困难。基于人体工学的抢险救援服结构的设计与研究，分析了医护人员的动作特征，针对动作特征分析设计了分体式的医用防护服装。在连体防护服样板结构的优化研究中，对防护服的尺寸和结构进行了优化设计，使防护服的尺寸和结构更加合理。针对目前新冠肺炎疫情的防护服结构进行设计，在基于人体工学的基础上，通过试穿调查分析，对一次性医用防护服的结构进行设计创新，使功能和外观更加契合医护人员的工作，穿着舒适无负担，在一定程度上对身体和心理进行双向保护。

2 基于人体工程学的一次性医用防护服的概述

2.1 人体工程学与一次性医用防护服结构的关系

人体工程学属于综合类学科，由6门分支学科构成，即：人体测量学、环境心理学、工程心理学、环境生理学、劳动生理学、生物力学、时间与工作研究学。人体工程学作为一个独立学科在二战中大量应用于军工领域，而后在各类生活领域快速发展起来，其重视“以人为本，为人服务”的设计理念正符合一次性医用防护服的研究。可以使一次性医用防护服更符合人体活动的功能性需要和外观的心理需求。

2.2 基于人体工程学的一次性医用防护服结构的研究意义

医用防护服的研究大多从面料的防护性入手，对于服装的结构和款式方面的研究还不够充分，但随着医用防护服面料的研发更加成熟和多样化，医用防护服款式方面的研究正引起专业人士的重视。从查阅的相关资料来看，国内外对医用防护服的款式结构研究主要围绕着服装的功能性和舒适性两个方面展开。资料显示，国内医用防护服领域对于活动功能性的研究正处在不断探索之中，而穿着舒适性方面的研究则处于初级阶段。从心理学角度来说，医护人员的着装不仅只有隔离防护的作用，服装的美观性和亲和力的表现直接影响着医生和患者的心情，也可以更好地保护和帮助医护人员开展救助工作。

3 医用防护服的现状调查和分析

3.1 三维人体扫描

运用三维人体测量仪器，测量试穿防护服模特的身体维度。选择身材在标准体重左右浮动的人员，身体维度在合理范围内的人员，没有特殊的维度变化，如下肢肥胖等。在一定程度上有利于获得更准确的试穿评价。

3.2 防护服试穿体验

如图1防护服缝纫线在袖子下方，腰部有松紧，并采用粘贴松紧的方式在防护服内部进行收腰，隐蔽性和安全性较高；在坐下或蹲下时后背均有不同程度的拉扯感，有些甚至导致帽子拉扯头部、下巴等位置，非常不舒适；防护服整体都很肥大，导致腹部、大腿部堆积了很多余量，对走路和活动形成牵绊，视觉效果不美观。

图1 防护服试穿

3.3 调研问题分析

（1）开敞式面部结构防护效果差，需要佩戴多件防护设备，如护目镜、口罩、面罩和头套等，对脸部压迫较大。（2）佩戴多件防护设备遮挡面部，不便于认出对方（3）领口结构与面部贴合不紧密，防护效果差，如果领口过高会使呼吸不畅和交流不便。（4）前门襟双面胶贴条不容易撕开，不便于脱防护服，如过度用力撕开会扯坏防护服面料，容易在脱防护服时可能造成二次感染。（5）弯腰或者下蹲时后背有明显的拉扯感，会拉扯帽子和下巴。（6）防护服裤脚的松紧在穿脱防护服时容易卡在鞋子上，不利于穿脱防护服。（7）防护服脚套不防滑，鞋底磨损消耗大。（8）防护服整体外观比较肥大，容易被刮破，在站立时，肚子和背部的面料堆积过多，影响视觉美观。（9）市面上大多防护服面料过于闷热，不透湿、不透气。

4 医用防护服结构的创新设计

4.1 功能与结构

（1）面部结构：设计为连体密封式防护服，将防护服面部设计为透明PVC面罩，透明PVC面罩、帽子和领口紧密连接，形成全密闭式防护服，既增加了防护的安全性，又减少了长时间佩戴防护设备对面部的压迫。而且面部PVC是透明的，有便于防护人员之间的识别。考虑到透明PVC可能会起雾，此处可以采用与美国Lab Safety防护用品公司护目镜一样的材料，此材料防护性能强，通风性能好，不起雾。（2）穿脱便利性：将垂直方向的前门襟，改为倾斜的门襟，下面可以打开到大腿处，并给裤脚的松紧增加了可调节的松量，有利于防护服的穿脱。（3）穿着舒适性：在胸部两侧和后背增设有可以开合的活褶，胸部为垂直方向活褶，便于手臂活动，后背为水平方向的活褶，便于后背的活动拉伸；适当增加背部垂直方向防护服面料，以满足医护人员在弯腰和下蹲时所需活动用量，在增加垂直方向余量的基础上增加垂直方向的松紧，以便于在站立时收缩多余余量。（4）透气舒适性：在面部使用驼人医疗的医用硅胶防护口罩，口罩内部为充气硅胶，非常柔软对脸部压迫较小，可以紧密贴合人脸，将呼吸产生的水雾和热气排出防护服；在后背利用空调服的原理安装可过滤空气的风扇，左右各一个，风扇里面有过滤层，可以过滤被污染的空气，防护服内部的热气可以散发出来，风扇可以调节档位，抵挡时有微风吹拂的感觉，这样可以避免风太大把衣服吹鼓起来，这很不利于医护人员的工作。风扇有配备的充电宝，内置于服装里面，重量只有150g，便于随身携带，电量可以使用5个小时左右，使用完可以取下消毒，然后重复使用。（5）调节抽绳：在手臂下部和小腿外侧增设抽绳设计，在一定程度上可以满足不同身高的医护人员的需求。以上设计点并非全部用于一款防护服，而是将上面提出的问题一一进行解答，以上设计可以用于多款防护服。

4.2 外观与结构

因目前市面上的防护服大多都比较肥大，不符合人体基本形态，视觉效果不美观，浪费防护服面料，而且在发生紧急情况下容易发生刮蹭划破等现象，所以在不影响医护人员工作的前提下，对防护服的外观与结构进行设计，尽可能使防护服契合人体活动所需，减少多余余量，既增加了防护安全性，也使视觉效果更加美观，在一定程度上可以使医护人员和患者心情舒畅。

因需要使防护服契合人体，减少多余余量，所以为满足活动所需必须在特殊活动关节部位加量，以下是加量的两个方法：（1）加褶加量方法：可以在胳膊肘或者膝盖内侧分割线位置单向折叠，可折叠三道，直立时多余面料变为褶间，腿部弯曲时褶间可以满足膝盖处的活动所需松量。（2）折叠结构加量方法：可以在肩膀、胳膊肘或膝盖处使用，折叠结构形状如图2膝盖处，z字和垂直翻转的z字结合，也可以是单边z字结构加量，在伸展时余量可以满足活动所需。

图2 款式图

5 防护服辅料的改进

5.1 双面胶贴条

针对防护服前门襟的双面胶贴条不容易撕开的问题，在此次的防护服设计中使用了3M的9425HT透明双面胶带PET可移动胶带，一面为高强度粘合，适合永久粘贴固定，另一面为中等黏性可重复粘合，而且无痕、耐高温、防水。将中等粘性胶条的一面粘在防护服门襟开合面上，既可以满足防护功能性要求，又便于在脱防护服时撕开。

5.2 拉链

将前门襟的普通拉链更换为防水气密拉链，以增加防护服的安全防护性能。

5.3 硅胶鞋底保护贴

在一次性防护服鞋底增加硅胶鞋底保护贴，可以防止打滑，也可以使鞋底更加耐磨，减少破损，增强鞋底的安全防护性。

6 现存问题与发展趋势预测

6.1 如厕便捷性

一般在疫情期间医护人员的工作时间在4~6个小时，如果有突发情况可能会增加工作时长，这也意味着不能吃饭、喝水、如厕的时间延长，这无疑使本来就劳累的身体更加疲惫。因为当时防护物资有限，防护服很短缺，脱防护服存在一定的危险，而且会耽误救助病人的时间，所以医护人员一般在工作之前会少吃饭、少喝水、尽量减少如厕次数。目前的医用防护服还不能解决这一类问题，在紧急情况之下，医护人员有使用成人纸尿裤来解决这一问题，但是纸尿裤还存在很多不足之处，比如会使防护服内部环境更加湿热，只能解决小便问题，会使医护人员心理不适。希望随着科学技术的快速发展，医用防护服的如厕便捷性问题可以逐渐得到解决。

6.2 防护服面料研制

6.2.1 目前成功研发的新型面料

圣泉集团研发出可以灭杀新冠病毒的面料，而且这种Nano-VTS抗菌抗病毒面料能长时间扼杀接触到的细菌、病毒，阻断传播。国家高级别生物安全实验室的检测数据证实，对于新型冠状病毒细胞毒（HRB25株），作用于该面料60分钟可100%灭活。英国独立第三方检测机构VRS（Virology Research Services）的检测数据同样证实：新型冠状病毒接触该面料5分钟后，病毒数减少90%；接触该面料120分钟后，病毒数减少99.99%。经过实验检测，该种面料还可以反复使用，比起一次性医用防护服面料，可以减少资源污染和浪费。该面料用途广泛，适用于医院床单、隔离服、手套等产品。希望这种面料可以尽快得到普及，抵抗并消灭病毒，造福人类。

6.2.2 面料现存问题

目前市面上防护服面料主要有SMS复合面料、微孔透膜和闪蒸法面料，闪蒸法面料在防护性和透气性二者之间达到较好的平衡，但是目前市面上使用的防护服面料大多都不是闪蒸法面料，比较闷热不透气，希望闪蒸法面料可以尽快得到普及，也希望随着科学技术的发展可以研发出防护性能和透气舒适性能更加优越的防护服面料。

基于圣泉集团防护服面料的研发，展望未来的防护服面料发展定会是更加优良、完善，防护性能和舒适性能都达到最更好的状态。

6.3 防护服智能穿戴设备展望

6.3.1 清除空气中病毒的仪器

可以检测并杀死空气中病毒的仪器，这源于PH酸碱试纸和新冠肺炎病毒检测试纸，如果仪器可以检测空气中的病毒，并将其扼杀，阻断传播，这样无论是在医院病房，还是在室外都可以及时发现病毒，消灭病毒，提高警惕，减少感染。

6.3.2 服装内部变温空调

目前市面上的正压防护服会使防护服内部膨胀，手和腿等关节处行动不便，不利于医护人员工作。希望可以设计出调节防护服内部温度的变温空调，可以控制防护服内部的温度，而且不会使防护服内部膨胀。适用范围为一年四季，这样无论什么季节医护人员都可以在防护服内部穿着适量服装，既方便工作活动，也有利于减少医护人员的心理负担。在价格方面需要经济实惠，有利于普遍实施。在规格形状上需要灵活小巧、便于携带。

7 结论

7.1 本文结论

基于人体工学的设计原理，结合功能性服装的功能需求，对目前尚存的一次性医用防护服进行的结构以及与结构相关的功能和外观两个方面进行的创新设计研究，在一定程度上解决了现有防护服的一些不足，可以更好地契合和帮助医生活动和工作。

7.2 本文不足

只进行了部分样衣的制作，如需实施，还需更为严谨的调试。

8 结束语

希望本次的设计研究对医用防护服的发展有一定的帮助。虽然目前医用防护服还存在需要改进的地方，但是随着未来的经济和科技的发展，相应的设施和技术会日渐完善，更加方便、实用和高效，更好的为每一位医护人员保驾护航。